新能源电力系统中的储能技术探讨

2022-09-12

1 储能技术简介

1.1 自然界的储能

全球几乎所有能源都通过一种方式或者其他方式与太阳相关。我们使用的大部分能源都是以不同形式储存的太阳能。这样的自然能源介质包括有机燃料 (木材、煤、油) 、水蒸发和风。风是太阳能几个季度累积的结果, 河流蒸发是太阳能短期累积的结果, 而有机燃料则是太阳能数十亿年累积的结果。

1.2 应用于电力系统的储能技术

应用于电力系统的储能技术属于人工储能, 它是把电力系统产生的能量转换为一种适合储存的形式, 并保持一段时间, 需要时再将其转换为消费者所需形式的电能, 并送回电力系统中。发展储能技术的意义主要有三点: (l) 节约和有效使用化石燃料; (2) 为了从自然界中获取太阳能、风能、潮汐能这类间断性能源并加以有效的利用, 必须要配备相应的储能系统。 (3) 储能技术的发展为科技生产提供了各种间断性能源或特殊紧急用能。

1.3 电力需求侧储能技术

电力需求侧储能又可称为用户级储能。与供应侧储能作用类似, 是将需求侧电力需求进行时间上的转移, 即将用电高峰时的需求转移到用电低谷时期。同时, 需求侧储能技术的应用, 可以更好帮助电力系统接纳分布式电源, 尤其对新能源分布式电源的接纳具有重要意义。在能量消耗的四种形式即机械、热、光、电中, 传统认为只有热能可以由与电力系统相连的消费者 (即电力需求侧) 储存, 即现已发展成熟的蓄冷、蓄热技术。而随着科技的发展, 电动车这种以蓄电池电能作为主要驱动力的交通工具问世, 给需求侧的电力储能提供了市场。同电动车相似, 最近几年电池墙技术逐渐应用于我国建筑中。

2 新能源电力系统中的储能技术的应用

2.1 电化学储能

电化学储能具有设备机动性好、响应速度快、能量密度高和循环效率高等独特优势。近年全球电化学储能装机规模高速增长, 近五年复合增速27.5%。我国2016年电化学储能装机同比增加78.5%。当前国内重点发展的电化学储能技术有全钒液流电池、锂离子电池和铅炭电池等。钠硫电池技术主要由日本NGK公司垄断。锂电储能商业化潜力大。近年来锂电池技术发展较快, 占当前国内化学储能装机比重50%以上。自2013年以来, 锂电池成本下降已超过50%, 目前约为1500-4500元/千瓦时, 商业化潜力较大。综合技术参数和经济性指标, 未来锂电池在分布式发电、调频调相、稳定输出、偏远地区供电等多个领域均具有较好的应用前景。

2.2 储能技术在太阳能系统的应用

太阳能的利用可分为光伏和光热两种。光伏技术是通过光伏电池直接把太阳辐射能转化为电能。光热技术是把太阳辐射作为热源, 将其热能用于供热和制冷, 或者进行光热发电, 实际中一般包括三种用途:一是把热能直接用于建筑供暖或制冷;二是集中生产高温以加热工质做功发电;三是集中热量用于催化化学燃料反应, 提高工质燃烧发电效率。

针对太阳能光热系统, 储能技术在光热发电的应用与上述光伏发电较为相似;而在光热供热或制冷方面, 储能技术则主要通过储热方式, 用以调节太阳能在时间尺度上的平衡性, 例如解决夜间或者阴雨天太阳能供热不足的问题。按存储时间划分, 储热技术可分为长期储热和短期储热。长期储热旨在把夏季吸收的热量存储起来在冬季使用, 虽然理论上能满足100%的用户需求, 但成本过高而且缺乏有效手段;而短期储热一般以几天作为一个周期, 虽然只能满足不到60%的用户需求, 但相比常规燃料仍具有较大竞争性。

2.3 储能系统在不同供电场所的应用

(1) 电力调频调压系统。针对于钢厂等大量短周期大负荷接入, 导致局部电网频率和电压大幅波动, 造成电网不稳定, 影响其他用电设备稳定性。故此种情况考虑再电网侧加入储能系统, 可以满足对电网一次调频和调压的快速响应要求。此种类型储能系统只需满足短时大功率调节要求, 可采用超级电容或其他功率型电池进行短时储能; (2) 新能源发电侧储能系统。由于新能源发电具有间歇性、波动性和难预测性的特点, 大规模的接入势必导致电网调节困难, 因此会造成大量的弃光弃风问题, 在新能源发电侧增加储能系统可以很好的解决这些问题, 把消耗不掉的电量储存起来, 在发电不足或用电高峰时放出, 可以使发电趋于平滑、稳定; (3) 商用储能系统。对于企业、工厂、商业写字楼、充电站等用电量大, 负载波动大, 或具有峰谷电价差等场所, 可以通过储能系统来削峰填谷, 稳定电网供电或赚取电价差。且在电网停电情况下可快速切换到离网供电模式, 实现系统应急供电, 保证重要负载的持续供电; (4) 户用型储能系统。家用储能系统是通过储能变流器与蓄电池组等储能部件的构成, 结合新能源发电需求以实现削峰填谷, 以提高供电质量和经济效益、减少电费支出、或对家用负载实施不间断供电。

3 结束语

储能虽然在我国起步较晚, 但随着我国新电改方案的实施, 清洁能源发电、智能微电网、电动汽车等行业的发展将不断提速, 储能技术的应用将形成新的发展趋势。在发电、输电、配电以及用电等各个环节, 储能技术将得到广泛的应用。

摘要：能源问题、环境问题是当今社会关注的热点, 大力发展清洁能源是未来趋势, 但以风电和太阳能发电为代表的清洁能源, 由于自身的不稳定性和间歇性给电网带来重大挑战。在全球应对气候变化形势下, 世界范围内正在经历着新型能源体系的变革, 能源全球互联正从备受瞩目的宏大构想迈向现实, 其中储能技术扮演着重要的角色。

关键词：新能源,电力系统中,储能技术